To study the runaway electron (RE) dynamics during plasma discharge and develop scenarios for disruption mitigation, a hard x-ray (HXR) spectrometric system has been developed and commissioned at the ASDEX Upgrade tokamak (AUG). The diagnostic system consists of two high-performance spectrometers based on LaBr3(Ce) scintillation detectors supplied with advanced electronics and analysis algorithms. These spectrometers view the AUG tokamak chamber quasi-radially at the equatorial plane. The measurements were carried out in the RE beam generation regimes by injecting argon into a deuterium plasma. In the interaction of a developed RE beam with a heavy gas target, powerful bremsstrahlung flux is induced, reaching energy close to 20 MeV. The electron energy distributions were reconstructed from the measured HXR spectra by deconvolution methods. The experimentally obtained maximum RE energies at different discharge stages were compared with relativistic test particle simulations that include the effect of toroidal electric field, plasma collisional drag force, synchrotron deceleration force. It was observed that the electrons attain their maximum energies within 50–100 ms after the gas injection. It gradually decreases due to the drop in loop voltage, energy loss due to synchrotron radiation emission and collisions dissipation of energy with the background plasma. HXR measurements at the discharge with multiple deuterium pellet injections allowed observing the effects of plasma cooling and argon ion recombination after the pellet injections. Argon density in AUG plasma after massive gas injection was estimated using HXR measurements.
プラズマ放電中のランナウェイ電子(RE)ダイナミクスを研究し、ディスラプション緩和のシナリオを開発するために、ハードX線(HXR)分光システムがASDEX Upgradeトカマク(AUG)で開発され、運用開始された。本診断システムは、先進的なエレクトロニクスと解析アルゴリズムを備えたLaBr3(Ce)シンチレーション検出器に基づく2つの高性能分光器から構成される。これらの分光器は、赤道面においてAUGトカマク容器を準半径方向に観測する。測定は、重水素プラズマにアルゴンを注入することによるREビーム生成領域で実施された。発達したREビームと重ガスターゲットとの相互作用において、20 MeVに近いエネルギーに達する強力な制動放射フラックスが誘起される。電子エネルギー分布は、測定されたHXRスペクトルからデコンボリューション法によって再構成された。異なる放電段階で実験的に得られた最大REエネルギーは、トロイダル電場、プラズマ衝突抗力、シンクロトロン減速力の効果を含む相対論的テスト粒子シミュレーションと比較された。電子はガス注入後50〜100 ms以内に最大エネルギーに達することが観察された。そのエネルギーは、ループ電圧の低下、シンクロトロン放射によるエネルギー損失、および背景プラズマとの衝突によるエネルギー散逸のために徐々に減少する。複数の重水素ペレット注入を伴う放電におけるHXR測定により、ペレット注入後のプラズマ冷却とアルゴンイオン再結合の効果を観測することができた。大量ガス注入後のAUGプラズマ中のアルゴン密度は、HXR測定を用いて推定された。